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        錦州地區(qū)河道降解及納污能力的計(jì)算方法探討

        2021-05-06 12:24:58陽(yáng)
        黑龍江水利科技 2021年3期
        關(guān)鍵詞:水質(zhì)能力

        孫 陽(yáng)

        (遼寧省錦州水文局,遼寧 錦州 121000)

        0 前 言

        當(dāng)前,隨著河流生態(tài)修復(fù)和水環(huán)境保護(hù)力度的不斷加大,對(duì)于區(qū)域河道水環(huán)境治理和規(guī)劃逐步得到社會(huì)公眾的廣泛關(guān)注[1]。河道水環(huán)境治理和規(guī)劃的重要依據(jù)是確定其降解和納污的能力[2]。近些年來(lái),許多學(xué)者針對(duì)河道降解及納污能力計(jì)算方法展開(kāi)研討,取得一定成果[3-9],這其中S-P模型應(yīng)用較為廣泛,主要是因?yàn)樵撃P涂梢杂行?duì)進(jìn)入河道內(nèi)的污染物衰減效應(yīng)進(jìn)行表征,從而提高河道降解及納污能力計(jì)算的精度,但該模型在錦州地區(qū)還未得到應(yīng)用,錦州地區(qū)隨著水環(huán)境治理力度的加大,區(qū)域內(nèi)主要河道的水環(huán)境治理得到不同程度的提升,但還需要加大對(duì)河道的水環(huán)境治理力度,為此需要對(duì)其河道的降解和納污能力進(jìn)行準(zhǔn)確分析,為此以錦州地區(qū)為實(shí)例,對(duì)其河道降解及納污能力計(jì)算方法進(jìn)行探討,探討適合于區(qū)域河道降解及納污能力計(jì)算的最優(yōu)方法。研究成果對(duì)于于錦州地區(qū)河道水環(huán)境治理和規(guī)劃具有參考價(jià)值。

        1 計(jì)算方法

        主要采用中S-P模型對(duì)河道的降解及納污能力進(jìn)行定量計(jì)算,其計(jì)算方程分別為:

        (1)

        (2)

        式中:x為河道所能降解的污染物濃度,mg/l;K1、K2分別為計(jì)算河道的污染物降解系數(shù);CS為進(jìn)入河道內(nèi)的污染物初始濃度,mg/l;C為進(jìn)入河道內(nèi)的有機(jī)物濃度,mg/l;v為水流表面流速,m/s;t為計(jì)算時(shí)段間隔,h。模型在降解濃度計(jì)算的基礎(chǔ)上,對(duì)其污染物濃度的特征值進(jìn)行計(jì)算:

        (1)

        式中:L0為初始計(jì)算河段的污染物降解長(zhǎng)度,km;xc為污染物降解溶解氧的濃度,mg/l。當(dāng)初始濃度CS>0時(shí),需要對(duì)模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換:

        (4)

        對(duì)方程4進(jìn)行求解計(jì)算:

        (5)

        式中:Lb為河道內(nèi)污染物覆蓋的長(zhǎng)度,km;xb為污染物濃度衰減濃度,mg/l。模型假定污染物呈現(xiàn)線性衰減,其衰減算方程為:

        (6)

        (7)

        式中:LC為河段計(jì)算初始距離,km。其污染物降解系數(shù)計(jì)算方程為:

        (8)

        式中:C0為污染物初始降解濃度,mg/l;C為污染降解不同時(shí)刻濃度,mg/l。在降解系數(shù)計(jì)算基礎(chǔ)上對(duì)其納污能力進(jìn)行計(jì)算:

        (9)

        式中:W為納污能力計(jì)算值,t;Cm為計(jì)算時(shí)段末的污染物濃度,mg/l;K為污染物降解系數(shù);L為污染降解及納污計(jì)算河段的長(zhǎng)度,km;μ為斷面平均流速,m/s;Q為斷面平均流量,m3/s。

        2 計(jì)算結(jié)果探討

        2.1 參數(shù)分析

        以錦州地區(qū)內(nèi)主要河流為研究河段,結(jié)合各河段所在水功能的水質(zhì)目標(biāo)對(duì)各水質(zhì)指標(biāo)的計(jì)算參數(shù)進(jìn)行分析,參數(shù)分析結(jié)果如表1所示。

        表1 研究河段降解及納污能力參數(shù)分析結(jié)果

        2.2 污染物降解系數(shù)計(jì)算結(jié)果

        結(jié)合S-P模型對(duì)兩種主要水質(zhì)污染物指標(biāo)的降解系數(shù)進(jìn)行計(jì)算,并結(jié)合實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的降解系數(shù)進(jìn)行誤差分析,結(jié)果如表2和表3所示。

        表2 錦州地區(qū)主要河段水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面COD指標(biāo)降解系數(shù)計(jì)算誤差分析

        表3 錦州地區(qū)主要河段水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面BOD5指標(biāo)降解系數(shù)計(jì)算誤差分析

        從表2中錦州地區(qū)水功能區(qū)不同水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面COD指標(biāo)的實(shí)測(cè)降解系數(shù)可看出,錦州地區(qū)主要水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面的降解系數(shù)在0.65-5.02之間,降解系數(shù)超過(guò)1.0的水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面占總監(jiān)測(cè)斷面的比例達(dá)到67%,表明錦州地區(qū)各功能COD指標(biāo)具有一定的降解能力。從S-P模型對(duì)各水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面降解系數(shù)的計(jì)算誤差可看出,和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的降解系數(shù)相比,計(jì)算的各水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面的降解系數(shù)誤差總體低于±10%,具有較好的計(jì)算精度,這主要是因?yàn)镾-P模型可綜合考慮不同河段內(nèi)污染物的衰減效應(yīng),從而有效提高了其污染物降解系數(shù)的計(jì)算精度。從BOD5指標(biāo)計(jì)算精度也可看出,在相同流速條件下,S-P模型的不同水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面的降解系數(shù)計(jì)誤差有所不同,流速增加其誤差相應(yīng)降低,這主要是因?yàn)榱魉佥^低時(shí),污染物隨著水流運(yùn)移的速度較慢,減緩了污染物的降解能力,從而降低其降解系數(shù),使得降解系數(shù)計(jì)算受流速影響較大,從而增加了其計(jì)算誤差,但從其各水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面BOD5指標(biāo)的降解系數(shù)計(jì)算誤差可看出,各流速條件下的S-P模型降解系數(shù)計(jì)算誤差也均低于±10%,但誤差均要高于COD指標(biāo),這主要是因?yàn)殄\州地區(qū)各水功能區(qū)河流主要水質(zhì)污染指標(biāo)為BOD5,此外該指標(biāo)的降解較為困難,使得其計(jì)算誤差普遍要大于COD指標(biāo)。

        2.3 納污能力計(jì)算結(jié)果

        結(jié)合S-P模型對(duì)錦州地區(qū)現(xiàn)狀(2020年)、遠(yuǎn)景年(2030年)、規(guī)劃年(2035年)各水功能區(qū)主要河流的納污能力進(jìn)行測(cè)算,結(jié)果如表4、表5及表6所示。

        表4 2020年現(xiàn)狀年錦州地區(qū)主要水功能納污能力計(jì)算結(jié)果

        表5 2030遠(yuǎn)景年錦州地區(qū)主要水功能納污能力計(jì)算結(jié)果

        表6 2035規(guī)劃年錦州地區(qū)主要水功能納污能力計(jì)算結(jié)果

        從不同年份錦州地區(qū)主要功能區(qū)納污能力測(cè)算結(jié)果可看出,現(xiàn)狀年各功能區(qū)的納污能力在5.23×104t/年-33.23104t/年,其中COD納污能力要大于BOD5的納污能力,其隨著各功能河流水流流速的增加,其納污能力有所增強(qiáng),可見(jiàn)在相同污染濃度的前提下,流速是各功能區(qū)納污能力影響的主要因素。從遠(yuǎn)景年和規(guī)劃年錦州地區(qū)各水功能區(qū)的納污能力測(cè)算結(jié)果可看出,隨著年份的遞增,各水功能區(qū)COD和BOD5的納污能力都有所增加,這主要是因?yàn)殡S著區(qū)域水環(huán)境治理力度以及污染物入河量的控制,河道降解能力將有所提升,隨著河道降解能力的增加,勢(shì)必增加各水功能區(qū)的納污能力值。

        3 結(jié) 論

        1)從S-P模型對(duì)各水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面降解系數(shù)的計(jì)算誤差可看出,和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的降解系數(shù)相比,計(jì)算的各水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面的降解系數(shù)誤差總體低于±10%,具有較好的計(jì)算精度,適用于錦州地區(qū)河道降解及納污能力的測(cè)算;

        2)在相同流速條件下,S-P模型的不同水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面的降解系數(shù)計(jì)誤差有所不同,流速增加其誤差相應(yīng)降低,這主要是因?yàn)榱魉佥^低時(shí),污染物隨著水流運(yùn)移的速度較慢,減緩了污染物的降解能力,從而降低其降解系數(shù);

        3)現(xiàn)狀年錦州地區(qū)各水功能區(qū)的納污能力在5.23×104t/a-33.23104t/a,其中COD納污能力要大于BOD5的納污能力,隨著各功能河流水流流速的增加,其納污能力有所增強(qiáng),可見(jiàn)在相同污染濃度的前提下,流速是各功能區(qū)納污能力影響的主要因素。

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